Mutationsanalyse des VHL-Tumorsuppressorgens vor dem Hintergrund der erblichen VHL-Erkrankung und Karzinogenexposition beim sporadischen Nierenzellkarzinom

Abstract

Das von Hippel-Lindau-Tumorsuppressorgen (VHL) ist ursächlich an der Entstehung der erblichen von Hippel-Lindau-Erkrankung (VHL), einem Multi-Tumor-Syndrom beteiligt. Mutationen in diesem Gen können die Funktion des Genprodukts (pVHL) modulieren, dessen Rolle beim kontrollierten Proteinabbau im Proteasom am besten erforscht ist. Für die Etablierung von aussagefähigen Genotyp-Phänotyp-Korrelationen sind zunehmend moderne Verfahren zur kostengünstigen, schnellen und verlässlichen VHL-Mutationsdetektion in Blut-DNA gefragt, wie z.B. DHPLC- und Sequenzieranalysen. Aus diesem Grund wurde im ersten Teil der vorliegenden Arbeit eine PCR- und DHPLC-basierte Nachweismethode für bereits bekannte VHL-Keimbahnmutationen etabliert. Diese Methode wurde anschließend für den Nachweis von Mutationen bei VHL-Verdachtspatienten angewandt. Im Rahmen der Aufklärung der komplexen Genotyp-Phänotyp-Zusammenhänge beim VHL-Syndrom konnten zwei kosegregierende VHL-Mutationen, 454 C>T (Pro81Ser) und 775 C>G (Leu188Val), dem VHL2C-Phänotyp zugeordnet werden. Zunächst war davon ausgegangen worden, dass dieser minimale VHL-Phänotyp durch eine Leu188Val-Mutation in der alpha-Domäne des pVHL hervorgerufen wird und so die Interaktion mit dem Protein Elongin C stört. In dieser Arbeit wurde erstmalig gezeigt, dass auch die Störung der pVHL-target capture site in der beta-Domäne durch die Pro81Ser Mutation mit der Ausprägung dieses Phänotyps assoziiert ist. Diese Genotyp-Phänotyp-Korrelation lieferte somit neue Einblicke in mögliche funktionelle Störungen des kontrollierten Proteinabbaus im Rahmen der VHL-Tumorgenese. Die Pro81Ser-Mutation wurde als somatische Mutation auch im Tumorgewebe von Nierenzellkarzinom (RCC)-Patienten beobachtet. Auffallenderweise trat diese Mutation häufig bei Patienten mit ehemaliger beruflicher Hochdosis- und Langzeit-Trichlorethylen (TRI)-Exposition auf, einem früher häufig verwendeten industriellen Lösemittel. Die weitere Überprüfung eines Zusammenhangs erforderte die VHL-Mutationsanalyse der Tumoren von RCC-Patienten mit und ohne TRI-Exposition. Allerdings waren diese Untersuchungen nur retrospektiv an archivierten, d.h. an formalinfixierten und in Paraffin eingebetteten Geweben möglich. Hierfür war eine Anpassung der VHL-Analysemethoden an die mit diesem Gewebematerial verbundenen analytischen Schwierigkeiten nötig. Die molekularen Untersuchungen unterstützen Hinweise auf einen Einfluss von TRI bei der RCC-Tumorgenese. So wurden sowohl multiple VHL-Mutationen als auch die Pro81Ser-Mutation reproduzierbar nachgewiesen. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass VHL-Mutationsanalysen sowohl klinisch- als auch grundlagenforschungsrelevante Genotyp-Phänotyp-Korrelationen aufzeigen können, die sich schon heute in Form einer verbesserten Diagnose und Vorsorge des VHL-Syndroms auswirken. Insbesondere die weitere Aufklärung der VHL2C-Genotyp-Phänotyp-Beziehung wird die Identifizierung spezifischer zellulärer Folgeeffekte vorantreiben und so Einfluss auf die Entwicklung verbesserter Antitumor-Therapeutika nehmen. Anders als beim erblichen VHL-Syndrom lassen sich derzeit aus den molekularen Befunden beim sporadischen RCC keine diagnostischen und therapeutischen Konsequenzen ableiten. Hier dienen die molekularen Untersuchungen der Aufdeckung von Umweltrisiken als Ursache für eine erhöhte RCC-Inzidenz und schaffen so Möglichkeiten für eine zukünftig wirksame Nierenkrebsprävention.

Mutations in the von Hippel-Lindau tumor suppressor gene (VHL) cause the hereditary von Hippel-Lindau multi-organ tumor syndrome (VHL) through modification of the gene product's (pVHL) functions i.e. controlled protein degradation. Genotype-phenotype correlations for the understanding of VHL tumorigenesis in various organs require reliable mutation detection in blood DNA. Therefore, this study set out to improve VHL-mutation detection by application of a PCR- and DHPLC-based methodology. With respect to genotype-phenotype correlations this work contributed to a better understanding of the VHL2C phenotype in detecting a second cosegregating VHL germline mutation 454 C>T (Pro81Ser) in the pVHL beta-domain. Former studies have linked this minimal phenotype with a 775 C>G (Leu188Val) mutation in the Elongin C binding site of the pVHL alpha-domain. This study for the first time provided evidence for an additional effect of the pVHL target capture site during chromaffin tissue specific VHL tumorigenesis. Mutations in the VHL gene also play a causative role in sporadic tumorigenesis of RCC and a somatic Pro81Ser mutation was frequently found. This mutation was observed in patients with previous occupational long-term and high dose trichloroethylene (TRI) exposure, a commonly used industrial solvent. It now became important to further explore this relationship. Thus, the second part of this study compared somatic VHL mutation data of occupationally TRI exposed patients with those of non TRI exposed patients. Due to the retrospective character of these investigations, tumor analyses could only be performed with formalin-fixed and paraffin-embedded surgical specimen. The mutation detection methodology needed therefore adjustment to the requirements of archived tissues with inherent problems of insufficient PCR amplification and sequencing analysis of the heavily fragmented DNA. To avoid false positive mutation scoring stringent mutation-calling criteria were implemented. The results of this study support the notion of an association between TRI-exposure, somatic VHL mutations and the development of RCC. In conclusion, this work provided evidence for the importance of comprehensive and reliable VHL mutation detection both in the germline and in somatic cells. Germline mutations together with clinical information may hold the power to provide informative genotype-phenotype correlations useful both for patients and basic research. The example of the VHL2C phenotype and its underlying concurrent germline mutations showed that further elucidation of its molecular basis will promote the search for new targets for the improvement of antitumor treatment. Whereas germline VHL mutations already today are useful for diagnosis and clinical management of VHL patients, no diagnostic or therapeutic advantages exist for RCC patients carrying somatic VHL mutations. Knowledge of somatic VHL mutations may lead to a better understanding of a relationship between gene damage and environmental risks and may therefore contribute to the prevention of kidney cancer in the future.